Этот сайт посвящен тем  из самолетов аэродинамической схемы "утка" , которые ведут свою родословную от самолетов Вари Вигген и Вэри-Изе (Vari Ez), конструкции знаменитого американского конструктора Берта Рутана (Burt Rutan). В английском инженерном языке для самолетов такой схемы принят термин "canard", который применяется так же и для обозначения переднего горизонтального оперения - ПГО по нашему.

Хочу выразить свою глубокую признательность Михаилу Касьяну (он же Мишка сВолочь) за предоставленную им информацию по данной теме. Он в настоящее время живет в США и владеет одним из летающих самолетов Беркут.

ИСТОРИЯ ВОПРОСА

        Первый взлетевший самостоятельно летательный аппарат тяжелее воздуха - самолет братьев Райт «Флайер» (1903 год) - был построен по схеме, которая сегодня известна под названием «утка».

ОШИБОЧНЫЙ ТЕРМИН

        Во-первых, термин «утка» - ошибочный. Под «уткой» в авиации общепринято понимать самолет, горизонтальное оперение которого - стабилизатор и рули высоты - расположено перед крылом, а не позади него.

        Этот термин может быть с таким же успехом применен и к дирижаблям, и к планерам. В частности, первые модели жестких дирижаблей Цеппелина оснащались расположенными впереди горизонтальными поверхностями управления в дополнение к традиционным хвостовым. 

Обычно термин «утка» подразумевает расположение в передней части летательного аппарата основных, а не вспомогательных средств аэродинамического управления. Этот термин появился впервые во Франции; его происхождение, вероятно, связано с тем, что крыло летящей утки находится ближе к ее хвосту, чем к голове, а вовсе не потому, что эта птица управляет своим полетом с помощью специального органа, расположенного перед крылом. Летательные аппараты этой схемы получили довольно широкое распространение.

        Многие самолеты схемы «утка» можно рассматривать как самолеты с тандемными крыльями, переднее крыло которых относительно мало. В этом случае переднее горизонтальное оперение (ПГО), состоящее обычно из неподвижных (стабилизаторы) и подвижных (рули высоты) поверхностей, несет значительную часть аэродинамической нагрузки.
        В последние годы термин «утка» стал применяться для описания самолетов, оснащенных вспомогательными поверхностями аэродинамического управления, установленными на носовой части, вообще говоря, самолетов довольно традиционных схем (а также некоторых самолетов с треугольным крылом), для обеспечения балансировки летательного аппарата или управления обтекающим его потоком, а не для осуществления основного управления или создания части суммарной подъемной силы, как это бывает на классической «утке».

ПОЧЕМУ ПЕРЕДНЕЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ ОПЕРЕНИЕ?

        До того, как братья Райт непосредственно приступили к созданию самолета, они знали о многих ранее построенных    различными изобретателями летательных аппаратах. Более того, конечно же, они   неоднократно наблюдали полет птиц. Почему же они решили разместить оперение  впереди?

        Во-первых, братья Райт прекрасно понимали функции «горизонтального руля» при управлении положением самолета в пространстве и считали, что расположенное впереди оперение будет выполнять такие функции более эффективно, чем хвостовое. В этом они оказались правы, но недостатков такого технического решения они, конечно же, не знали.

        Второй основной причиной их выбора было место проведения первых полетов, которые выполнялись с песчаной площадки, и поэтому отсутствовала возможность использования шасси колесного типа. И созданные ранее планеры, и первый «Флайер» оснащались полозковым шасси, при котором фюзеляж самолета располагался очень близко к земле. В то же время братья Райт понимали необходимость большого угла атаки при взлете и посадке.

        Низкосидящая машина типа «Флайера» наверняка цепляла бы хвостовым оперением за землю, если бы оно было выбрано, поэтому конструкторы отказались от такого решения. Они установили в хвостовой части своего летательного аппарата вертикальный киль. Балки, поддерживающие киль, оснащались шарнирами и с помощью тросовой проводки могли отклоняться
вверх, не оказывая влияния на управляемость самолета, так как киль не отклонялся относительно набегающего потока.

ДОСТОИНСТВА

       В современном понимании главным преимуществом аэродинамической схемы «утка» считается повышение маневренности самолета, что привлекает к этой схеме создателей военной техники. Более высокие маневренные качества самолетов такой схемы оказались очень полезными в совершенствовании характеристик некоторых из созданных в последнее время ультралегких летательных аппаратов.

        Еще одним преимуществом самолетов схемы «утка» считается то, что практически всегда можно построить такой летательный аппарат с естественной противоштопорной защитой: срыв воздушного потока на ПГО происходит раньше, чем на крыле, создающем большую часть подъемной силы, поэтому нос самолета в этом случае слегка опускается, и машина возвращается в нормальный полет.

НЕДОСТАТКИ

        Существенным недостатком схемы «утка» является то, что летательным аппаратам этой схемы присуща продольная неустойчивость. Вместо того чтобы демпфировать движения самолета относительно поперечной оси (по тангажу), как это делает, например, оперение стрелы, воздействие воздушного потока на переднее горизонтальное оперение усиливает соответствующие возмущения.
В своих записках О. Райт отмечал, что устойчивость «утки» по тангажу определяется мастерством летчика.

        Опыт первых полетов показал, что в том случае, когда на переднем горизонтальном оперении создается значительная подъемная сила, она оказывает существенное влияние на балансировку самолета.

        Срыв потока на ПГО вызывает примерно такое же воздействие на балансировку летательного аппарата, как, например, складывание пары ножек стола - две другие ножки продолжают поддерживать противоположный конец, и стол падает в ту сторону, где опора отсутствует. Поэтому противоштопорные достоинства самолетов схемы «утка» довольно скоро поблекли. Самолеты этой схемы практически полностью исчезли из практики авиастроения вплоть до того, как в начале второй мировой войны начали проводиться углубленные исследования «утки», нацеленные на поиск возможных путей повышения характеристик маневренности самолетов. Однако и в этот период развития авиации не удалось реализовать достоинства этой схемы.

        Лишь в последние годы было создано несколько очень удачных самолетов схемы «утка», которые продемонстрировали преимущества этой схемы в некоторых специфических условиях применения авиационной техники. Однако на этих самолетах уже применялись специальные средства предотвращения мощного срыва потока с ПГО. 

ВОЗРОЖДЕНИЕ «УТКИ»

        Успех истребителя «Вигген» способствовал возникновению новой волны интереса к рассматриваемой аэродинамической схеме, особенно в области самодельных и ультралегких летательных аппаратов. Некоторые из разработанных конструкций демонстрировали очень хорошие характеристики. Это объясняется, главным образом, малой массой таких аппаратов и низкими скоростями полета, что, по сути дела, ставило их в разряд мотопланеров. Некоторые из этих самолетов обладают очень высокими характеристиками благодаря применению последних достижений в области аэродинамики (в частности, новых аэродинамических профилей), новых технологий, позволяющих обеспечить высокое качество поверхности, а также использованию в качестве проектного инструмента компьютеров. Ниже описаны четыре характерных примера.

«Вари-Вигген»      Б. Рутана

        Явно вдохновленный «Виггеном» Берт Рутан в 1967 году построил двухместный любительский спортивный самолет (с размещением летчиков по схеме «тандем»), характерной особенностью которого явилось наличие ПГО. Конструкция самолета - деревянная. 

Хорошо зная о неудачах ранее созданных самолетов схемы «утка», другие проектировщики предсказывали аналогичную неудачу и для «Вари-Виггена» (названный в честь истребителя «Вигген», самолет имел приставку «Вари», означавшую изменяемую геометрию; на этом самолете Б. Рутан опробовал несколько различных типов крыла). Однако критики недооценили большой инженерный опыт Рутана и присущее ему конструкторское чутье. «Вари-Вигген» получился весьма удачным и вскоре стал широко продаваться в виде комплекта для любителей. К середине 1980-х гг. было продано примерно 900 комплектов деталей и оборудования для сборки этих самолетов.

        «Вари-Вигген» представляет собой самолет с крылом большой стреловидности и малого удлинения, оснащенный несущим ПГО, которое состоит из неподвижного горизонтального стабилизатора с рулями высоты. Самолет оснащен трехопорным шасси с носовой стойкой.

Основные данные: 

силовая установка - двигатель 0-320 мощностью 150 л. с.(110кВт) фирмы «Лайкоминг»;
размах крыла в первых вариантах самолета составлял 5,8 м, а впоследствии был увеличен до 7,2м;
исходная площадь крыла 11,1м2;
взлетная масса 770 кг;
максимальная скорость 262 км/ч.

«Вари-Изе»    (Vari Ez)     Б. Рутана

        Успех «Вари-Виггена» вдохновил Рутана на создание более совершенного двухместного самолета схемы «утка», предназначенного для тех же целей - продажи в виде комплекта деталей авиаторам-любителям.

        Конструкция самолета была предельно упрощена: основной конструкционный материал-древесина и пенопласт, позволяющие существенно упростить сборку самолета в домашних условиях (отсюда и название «Вари-Изе). По своему внешнему облику «Вари-Изе» больше напоминает ХР-55, чем «Вигген», хотя для «Вари-Изе» характерно несущее ПГО. Рули направления установлены на законцовках крыла (типа крылышек Уиткомба) - Рутан снова ввел в авиационную моду эти уже почти забытые устройства, повышающие аэродинамическое качество крыла. Весьма необычным элементом конструкции является то, что в трехопорном шасси убирающейся является лишь носовая опора. Такое конструктивное решение было принято с целью обеспечения возможности опускать нос самолета для посадки в него летчика. Самолет совершил первый вылет в мае 1975 года.

        Первые модели «Вари-Изе» оснащались модифицированным автомобильным двигателем фирмы «Фольксваген» мощностью
62 л. с. (46,3 кВт). В таком варианте самолет установил рекорд дальности полета по замкнутому маршруту в своем весовом классе (до 500 кг-2621 км). Для достижения более высоких характеристик Рутан сделал стандартным двигателем самолета «Вари-Изе» двигатель «Континенталь 0-200» мощностью 100 л. с. (73,5кВт). К 1985 г. было построено более 400 таких машин, что делает этот самолет одним из наиболее популярных двухместных любительских самолетов.

        Несколько позже на рынке появился увеличенный вариант этого самолета «Лонг-Изе», оснащенный двигателем 0-235 фирмы «Лайкоминг» мощностью 115 л. с. (84,5 кВт). Этот самолет также стал рекордным: на нем установлен рекорд дальности беспосадочного полета по прямой без дозаправки (более 6440 км).

Основные данные «Вари-Изе» (с двигателем 0-200):

размах крыла 6,76 м;
площадь крыла 4,98 м2;
взлетная масса 476 кг;
крейсерская скорость 314 км/ч.

НАВЕРХ